QoS ou Qualidade de Serviço ( Quality of Services) é um conjunto de requisitos de serviço a que a rede deve atender para assegurar um nível de serviço adequado à transmissão de dados. Esses requisitos de serviço baseiam-se em padrões da indústria para a funcionalidade do QoS.
O QoS permite que os programas em tempo real façam o uso mais eficiente da largura de banda da rede. Por assegurar algum nível de garantia para recursos de rede suficientes, o QoS fornece às redes compartilhadas um nível de serviço semelhante ao das redes privadas.
Uma garantia QoS indica um nível de serviço que possibilita a um programa transmitir dados a uma taxa específica e entregá-los em um prazo específico.
Trata-se de uma nomenclatura genérica para designar um conjunto de algoritmos capazes de fornecer vários níveis de tratamentos para diferentes tipos de tráfego na rede. O propósito dessa tecnologia é otimizar o uso da banda passante provendo um tráfego fim-a-fim eficaz e econômico. O QoS resolve a necessidade da aquisição de mais banda para a rede, pois supre a demanda de tráfego das LANs/WANs de forma inteligente e organizacional através dos mais diversos mecanismos que ele dispõe.
O QoS é muito importante para as redes convergentes, pois as tornam capazes de transportar de maneira bem próximo ao ideal os mais diversos tráfegos, como: vídeo, voz e dados, de modo simultâneo sem que um interfera no outro. Cada um desses tráfegos, merece um tratamento especial conforme suas características. Assim, é necessário que os cuidados especiais sejam obedecidos para que não ocorra possíveis problemas. Que cuidados são esses? Calma, veremos mais na frente.
O QoS tornou-se indispensável em alguns casos, como por exemplo, ficaria impraticável o tráfego pela WAN de video e voz se não houvesse QoS, concordam? Salvo os casos em que há muita banda para WAN. Entretanto, sabemos que quanto maior for Banda do Circuito mais elevado é o custo desses links. Portanto, podemos citar que a economia de banda seja o benefício principal do QoS.
Um bom exemplo, que demonstra claramente como as aplicações se comportam diferentemente entre si, é a definição do tamanho do buffer do roteador. Para suportar de maneira eficiente as transações de comércio eletrônico e a transferência de dados da Web, a rede deve minimizar a perda de pacotes ou mesmo evitá-la por completo. Buffers internos com grande capacidade podem ajudar a atingir estes objetivos. Porém, se os buffers de alta capacidade fornecem um gerenciamento eficiente para este tipo de fluxo de dados, por outro lado eles podem gerar uma alta variação no atraso de propagação dos pacotes, também conhecido como jitter. Os jitter podem ser suportados por aplicações de dados, mas provocam enorme impacto na transmissão de tráfego de aplicações em tempo real, como voz e vídeo. Para isto serve o QoS, melhorar a performance em vários tipos de aplicações.
O serviço padrão oferecido pela rede IP é conhecido como serviço de melhor esforço (Best Effort). Como o próprio nome diz, quando o roteador opera por este este serviço faz sempre o melhor possível para encaminhar os pacotes de acordo com os recursos que ele tem disponíveis naquele instante de tempo, mas sem qualquer garantia de entrega. O serviço Best Effort consiste em oferecer o mesmo tratamento aos pacotes, sem nenhuma distinção entre eles. Este serviço é implementado normalmente pelo mecanismo de gerência de filas FIFO (First In, First Out) pelo qual os pacotes são encaminhados na mesma ordem que chegam ao roteador.
Por este motivo, o serviço Best Effort não atende aos requisitos de qualidade de serviço da maior parte das aplicações.
Qualidade de serviço é uma expressão que, dependendo do contexto, pode significar varias coisas.
Por exemplo, na questão de desempenho de redes, qualidade pode ser descrita como o processo de transmitir dados de uma maneira superior à expectativa. Isto pode ser traduzido numa rede que tenha baixa perda de pacotes, pouco atraso, pequena variação de atraso (jitterr) ou até na capacidade da rede utilizar caminhos mais eficientes.
Em outro sentido, o termo qualidade pode ser considerado como confiabilidade e previsibilidade, quando se refere a níveis constantes de perda de pacotes, atraso, jitter ou qualquer outra propriedade.
A qualidade de serviço também pode ser aplicada ao tratamento diferenciado das aplicações.
Uma aplicação com necessidade de baixo atraso pode ser privilegiada em relação a uma aplicação que não possui
sensibilidade a atraso, mas que por sua vez possui necessidade de alta vazão (througput).
Pontos chaves do QoS
Os fatores que determinam à qualidade na transmissão são: latência, jitter, perda de pacotes e banda passante. A seguir iremos abordar esses pontos dos quais são tão importantes.
Latência
A latência ou delay, é o tempo gasto para iniciar outro procedimento de dados. O delay é subdividido em sensível ou não ao tráfego. O menor delay ocorre no sensível a tráfego. Existe inúmeros tipos de delays, como: serialização, propagação, encaminhamento, entre outros. Eita! Está começando a complicar! E o que diferencia entre eles? Apenas o modo em que ele inicia e que termina. Como exemplo, temos: Forwarding Delay (lantência baseada em encaminhamento) que se refere ao tempo para encaminhar o pacote até o seu destino.
- As taxas de delays variam na casa dos mili segundos. O Delay de maneira geral define os bits do pacote dentro da interface física até a saída. Para entendermos melhor o delay veremos a seguir o jitter.
Jitter
- Conhecido como: “Variação de Delay”, ou seja é a variação do atraso entre os pacotes consecutivos.
- Quanto menor o Jitter maior sua prioridade, pois os pacotes vão estar nas filas cada vez mais juntos.
- O Jitter influencia bastante, pois reduzindo o delay, tornando uma variação menor possível, o prazo para entrega dos pacotes também reduz.
- O Jitter pode ser suavizado através das técnicas de compressão e das técnicas de delay.
- É importante lembrar que a tolerância de resposta é um fator de determinístico para cada aplicação. Assim, se você utiliza correio eletrônico por exemplo, não terá a mesma importância para a variação da latência do que uma chamada de telefonia IP. Pois em breve iremos perceber que o tráfego de voz é bem sensível a latência.
Perda de pacote
- Nas técnicas de QoS, pouco se fortificou pela Perda de Pacotes, muitas vez é realmente inevitável a perda de pacote. Entrentanto, abaixo encontram-se os principais mecanismos de controle de perda de pacotes:
- Controle de Bits com Erros: Que varia de protocolo para protocolo, no TCP teríamos um controle de FCS (Frame Check Sequence) minucioso e que garante menores taxas de erros;
- Controle da falta de espaço em uma fila: É outra técnica importante que pode ajudar bastante durante o ajuste incorreto do pacote com jitter.
- A título de VoIP/ToIP, usamos a integridade com o CAC (Call Admission Control) que é a técnica mais adequada para evitar perdas de pacotes.
Bandwidth
- Refere-se ao número de bits por segundo que pode, inteligentemente, ser expedido para sucesso na entrega.
- Trata-se do “gargalo”, ou seja, a espessura da porta que pode trafegar os dados ou a voz ou o video. É importante usar técnicas de bandwidth para otimizar os processos de entrega dos pacotes. Essas normas usam de enfileiramentos extras para garantir um equilíbrio no percentual de transporte dos dados.
- A titulo de WAN, sabemos que o HDLC e PPP possuem o valor da banda é o próprio valor dela de forma dedicada. Já para circuitos Frame-Relay, temos bandwidth sendo chamada de EIR (Excess Information Rate), ou seja, a taxa máxima que um tráfego pode percorrer. Ainda para Frame-Relay, temos a taxa CIR (Commited Information Rate) que é a banda mínima garantida de envio ao destino. É justamente no CIR que ocorrerá atuação do QoS para os circuitos frame-relay. Em relação aos circuitos MPLS, trata-se como os casos PPP/HDLC de forma transparente para os roteadores do lado cliente.
Modelos de QoS
IntServ - Serviços Integrados, usa um conceito baseado em fluxo unido com uma sinalização do protocolo ao longo do caminho que o pacote percorrer. Subdividido em: Serviços Garantidos para fornecer o fim-a-fim e Carga Controlada para carregar e descarregar tráfegos na rede. Vantagens: conceito simples, como exemplo de uso desse serviço temos o CAC (Controle de Admissão de Chamadas) e descreve para o fluxo de QoS , marcando arquitetura chamada. Desvantagens: todos os pontos são implementados pelo RSVP (Protocolo de Reserva de Recursos), é pouco escalável, apresenta periódica atualização de mensagens que são usadas durante o transporte fim-a-fim e todos os elementos da rede obrigam principalmente o estado do câmbio sinalizar as mensagens.
DiffServ - Serviços Diferenciados, usa a marcação para classificar e tratar cada pacote independentemente. Vantagens: escalável, performance devido à decisão de QoS ser realizado no valor fixo, flexível, como todos os fabricantes usam IPv4 ou IPv6 o DiffServ torna-se inter-operante e apresenta baixo consumo de CPU para os equipamentos. Desvantagens: sem fim-a-fim de reservação de banda, garantia de serviços pode ser prejudica pela rede, não é capaz de implementar o mecanismo com atuação do RSVP.
BestEffort - Serviço de Melhor Esforço. Na realidade, não é definido como um tipo de QoS, pois ele trata todos os pacotes como de igual importância. Portanto, nele o pacote que chegar primeiro é o que sairá primeiro. Um exemplo clássico é o tráfego pela Internet, pois não há como propogar diferenciação de pacote por esse meio, salvo no caso de QoS Pré-classificado e tunelado.
MPLS - Multi-layer Protocol Label Switching , normalmente, é implementado somente pelos switches modulares de camada 3 ou roteadores de alto porte. Ele é o protocolo que engloba todas funcionalidades de QoS, incluindo InterServ+DiffServ e integrando de forma inteligência um pré-roteamento, feito pelo LabelSwitching. Recomenda-se que toda comutação seja feita pelos switches chassis de camada 3, pois apresentam um maior vazão de velocidade. O MPLS é bem inteligente e é capaz de utilizar tanto fluxo por camada 2 ou 3, de modo a garantir menor latência possível. Então, de forma abstrata, ele trata o fim-a-fim das transmissões de maneira bem otimizada. Reforçando: para os roteadores do lado cliente não há necessidade de implantação de MPLS, pois ele atua de forma transparente.
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